STUDI KARAKTERISTIK MUARA SUNGAI BELAWAN · PDF filesehingga tugas akhir ini dapat selesai...

STUDI KARAKTERISTIK MUARA SUNGAI BELAWAN SUMATERA UTARA

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas – tugas dan melengkapi syarat untuk menempuh

Ujian Sarjana Teknik Sipil

Disusun oleh :

050404072 FAIZ ISMA

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2010

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Muara sungai (estuari) merupakan proses tempat terjadinya percampuran dua masa air antara air laut dan air sungai. Masuknya air laut ke arah hulu sungai (intrusi air asin) dari hasil pengamatan lapangan pada muara Sungai Belawan diperoleh sekitar 18 km dari mulut estuari menuju arah hulu sungai hingga diperolehnya kandungan parameter badan air yang tidak terpengaruh salinitas akibat pasut, muara Sungai Belawan memiliki tipe sudut asin (well-mixed estuary).

Dalam pengamatan karakteristik fisik estuari dilakukan penentuan titik lokasi yang dimulai dari mulut estuari yang diberi simbol J hingga kearah hulu sungai dengan simbol A. jarak tiap titik lokasi dari J-A sejauh 18 km dibagi tiap 2 km, kemudian dilakukan pemodelan dengan bantuan program Microsoft Office Excel menggunakan rumus – rumus teoritis dari fisik estuari.

kedalaman maksimum berkisar 12 m akibat pasang tertinggi pada jam ke 3 dan diperoleh penyebaran parameter pada saat pasang tertinggi suhu pada badan air diperoleh 28.14 ºC dan penyebaran kadar garam diperoleh 26.7 ‰ dan penyebaran zat padat tersuspensi diperoleh 99.94 mg/l dari kondisi ini badan air pada saat pasang tertinggi TSS melebihi batas ambang yang diberikan oleh pemerintah menyatakan jika TSS > 80 mg/l tidak layak untuk kehidupan perikanan, mandi dan selam. Akibat debit banjir sebesar 697.81 m3/detik yang mempengaruhi penampang muara Sungai Belawan yang menghasilkan aliran sungai sebesar 0.19 m/det yang akan mendorong kecepatan arus pasut yang terjadi pada model fisik estuari , maka diperoleh intrusi air laut masuk kedalam sungai berkurang sejauh 6 km dari kondisi pada saat debit sebesar 15 m3/detik sehingga intrusi air asin yang masuk kedalam sungai sejauh 12 km


KATA PENGANTAR

Tiada yang pantas diucapkan selain rasa syukur penulis kehadirat Allah SWT,

Tuhan Yang Maha Pengasih yang kasih-Nya tiada terpilih, Tuhan Yang Maha

Penyayang yang sayang-Nya tiada terbilang, yang telah memberikan kemampuan

kepada penulis untuk dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Adapun judul dari Tugas Akhir ini adalah “Studi Karakteristik Fisik Muara

Sungai Belawan Sumatera Utara”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat

untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (S1) di Departemen Teknik Sipil Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari

bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis hanya dapat mengucapkan

terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan hingga penulis

dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas

Sumatera Utara, terutama kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Mulia Perwira Tarigan, M.Sc, selaku Dosen

Pembimbing yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan pemikiran

untuk membantu, membimbing dan mengarahkan penulis hingga selesainya

tugas akhir ini.

2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua Departemen Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.


3. Bapak Ir. Teruna Jaya, M.Sc, selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Boas Hutagalung, M.Sc, Bapak Faizal Ezeddin, MS, Bapak Ir.

Sufrizal, M.Eng, selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan

masukan dan kritikan yang membangun dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

5. Bapak/Ibu Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera

Utara yang telah membekali penulis dengan berbagai ilmu pengetahuan

hingga selesainya tugas akhir ini.

6. Ayahanda Drs. Ismail Manurung, M.Ag. dan Ibunda Dra. Deswita, yang

telah mendukung baik moril dan materil, serta memotivasi penulis dalam

menyelesaikan tugas akhir ini

7. Teman-teman seperjuangan angkatan ’05 “CIV05” khususnya Muhammad

Iqbal, Edo Febrian, Andri Rivaldi dan Hidrolika Community, terima kasih

atas bantuan dan dukungan dalam bentuk apapun selama mengerjakan tugas

akhir ini maupun selama masa perkuliahan. Terima kasih yang tak terhingga

atas persaudaraan, persahabatan dan kebersamaannya. Masa-masa itu layak

untuk dikenang dan dipertahankan akhir hayat nanti.

8. Abang-abang & Kakak-kakak angkatan ’02 ’03 ’04 dan Adik-adik

angkatan ’06 ’07 ’08 ’09, terima kasih atas bantuan dan dukungannya baik

secara langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian tugas akhir ini,

sehingga tugas akhir ini dapat selesai dengan baik dan tanpa menemui

hambatan serta rintangan yang berarti.

Penulis menyadari Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Maka dari itu,

segala saran, masukan dan kritikan yang sifatnya membangun akan penulis terima


dengan tangan terbuka demi perbaikan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap

semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

Medan, September 2010

Hormat Saya,

Penulis

FAIZ ISMA NIM : 05 0404 072


DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ........................................................................................................... i

KATA PENGANTAR ......................................................................................... ii

DAFTAR ISI........................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xii

DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1

1.1 Umum ........................................................................................ 1

1.2 Latar Belakang ........................................................................... 3

1.3 Maksud dan Tujuan ................................................................... 5

1.4 Pembatasan Masalah ................................................................. 6

1.4.1 Batimetri (Modeling Bathymetri) .............................................. 6

1.4.2 Pasang Surut (Tide) ................................................................... 6

1.4.3 Arus Pasang Surut (Tide Current) .............................................. 7

1.4.4 Suhu dan kadar garam (Temperature and Salinity) ..................... 7

1.4.5 Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Solid) .......................... 8

1.5 Ruang Lingkup dan Metodologi ................................................ 9

1.6 Sistematika Penulisan ................................................................ 10

BAB II TINJAUAN LITERATUR.................................................................... 12

2.1 Batimetri .................................................................................... 12

2.1.1 Pengukuran kedalaman muara sungai ......................................... 12

2.1.1.a Cara mekanis ............................................................................. 13

2.1.1.b Perum Gema .............................................................................. 14

2.1.2 Penentuan Lebar dan Kedalaman Sebagai Fungsi Jarak ............... 15

2.1.3 Lebar dan Kedalaman Sebagai Fungsi Eksponensial Jarak ......... 16

2.2 Pasang Surut .............................................................................. 17

2.2.1 Pembangkit pasang surut ............................................................ 18

2.2.2 Tipe Pasang Surut ...................................................................... 23


2.2.3 Komponen Pasang Surut ............................................................ 27

2.2.4 Ramalan Kenaikan Muka Air Akibat Pasut

(Spring Tide and Neap Tide) ..................................................... 29

2.2.5 Pasang Surut Muara Sungai ....................................................... 30

2.3 Arus Pasang Surut (Tidal Current) Muara Sungai ...................... 33

2.3.1 Hubungan Debit dan Pasang Surut .............................................. 35

2.4 Suhu dan Salinitas Estuari .......................................................... 37

2.4.1 Suhu (Temperature) ................................................................... 37

2.4.2 Kadar Garam (Salinity) .............................................................. 38

2.4.2.1 Pencampuran antara air tawar (sungai) dan air asin (laut) ........... 39

2.4.3 Distribusi Gaussian .................................................................... 42

2.4.3.1 Suhu Muara Sungai .................................................................... 43

2.4.3.2 Salinitas Muara sungai ............................................................... 45

2.5 Zat Padat Tersuspensi (TSS) ...................................................... 46

2.5.1 Deskripsi Umum Sedimen.......................................................... 47

2.5.1.1 Partikel sedimen dasar (Bed load) ............................................... 47

2.5.1.2 Partikel sedimen melayang (Suspended load).............................. 47

2.5.1.3 Saltation Load............................................................................ 48

2.5.2 Karakteristik Sedimen ................................................................ 48

2.5.3 Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Solid) ......................... 51

2.5.3.1 Erosi partikulat (erosion of particulate) ...................................... 53

2.5.3.2 Endapan Partikulat (Deposition of particulate) ........................... 56

2.5.3.3 Keseimbangan Konsentrasi (Equilibrium Concentrations) ......... 57

BAB III KONDISI FISIK LOKASI KAJIAN.................................................... 60

3.1. Kondisi Umum Wilayah Muara Sungai Belawan ....................... 60

3.1.1 Lokasi Muara Sungai Belawan ................................................... 60

3.1.2 Kondisi Fisik Kecamatan Medan Belawan di Kotamadya Medan 61

3.1.2.1 Batas Administratif .................................................................... 61

3.1.2.2 Luas Wilayah ............................................................................. 62

3.1.2.3 Jumlah Penduduk ....................................................................... 63

3.1.2.4 Sarana dan Prasarana ................................................................. 65


3.1.3 Fasilitas Muara Sungai Belawan ................................................ 66

3.2. Kondisi Klimatologi.................................................................. 69

3.3 Kondisi Bathimetri Muara Sungai Belawan ................................ 70

3.4 Kondisi Hidro – Oseanografi...................................................... 72

3.5 Kondisi Lapangan ...................................................................... 78

3.5.1 Penentuan Titik Lokasi di Muara Sungai .................................... 79

3.5.2 Pengukuran Kedalaman Estuari .................................................. 81

3.5.3 Pengukuran Lebar Estuari .......................................................... 81

3.5.4 Pengukuran Salinitas Estuari ..................................................... 82

3.5.5 Pengukuran Suhu Estuari ........................................................... 83

3.5.6 Pengukuran Kandungan Total Suspended Solid (TSS) Estuari .... 83

3.5.7 Analisa Saringan (Sieve Analysis) ............................................. 87

3.5.8 Peralatan .................................................................................... 88

3.5.9 Metode Pelaksanaan ................................................................... 88

3.6 Hidrologi ................................................................................... 89

3.7 DAS Belawan ............................................................................ 90

3.8 Pengerukan ................................................................................ 92

BAB IV ANALISA PEMODELAN FISIK MUARA SUNGAI BELAWAN .... 97

4.1 Gambaran Umum Pemodelan Fisik Muara Sungai ..................... 97

4.1.1 Gambaran Lokasi Pemodelan ..................................................... 98

4.2 Batimetri Estuari Belawan.......................................................... 99

4.2.1 Kondisi Penampang Muara Sungai Belawan .............................. 100

4.2.2 Distribusi Gaussian dan Reverse Gaussian ................................. 101

4.3 Kedudukan Pasut Estuari Belawan (Spring – Neap Tide) ........... 106

4.4 Model Utama Fisik Estuari Belawan .......................................... 111

4.4.1 Seperempat pasut diurnal pengaruh Bulan (lunar quarter-

Diurnal ...................................................................................... 111

4.4.2 Perubahan Kedalaman Estuari akibat Pasut

(Water Depth Estuary) ………………………………………………..113

4.4.3 Kecepatan Arus Pasut Estuari (tidal current estuary) ................. 115

4.4.4 Perpindahan (Displacement) ...................................................... 119


4.5 Pemodelan Zat Padat Tersuspensi (TSS) .................................... 121

4.5.1 Bilangan Estuari......................................................................... 123

4.6 Gambaran Pemodelan dengan Program Microsoft Office Excel .. 128

4.7 Penentuan Kedalaman dan Lebar Menurut Wright dkk ............... 149

4.8 Perhitungan Debit Banjir ............................................................ 160

4.8.1 Pengaruh Banjir Terhadap Model Fisik Muara Sungai Belawan . 163

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 165

5.1 Kesimpulan ................................................................................ 165

5.2 Saran.......................................................................................... 166

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Daerah Sungai Belawan Kecamatan Medan Belawan

Kotamadya Medan, Sumatera Utara ........................................ 2

Gambar 2.1. Pengukuran Kedalaman Cara Mekanis .................................... 15

Gambar 2.2. Alat Perum Gema .................................................................... 16

Gambar 2.3. Gaya Tarik Bulan (Perencanaan Pelabuhan, 1985) .................... 20

Gambar 2.4. Sistem Bumi – Bulan (Perencanaan Pelabuhan, 1985) ............. 21

Gambar 2.5. Distribusi tractive Force (Thabet,1980) .................................... 23

Gambar 2.6a. Kedudukan Bumi-Bulan-Matahari Saat Pasang Perbani

(Neap Tide) .............................................................................. 24

Gambar 2.6b. Kedudukan Bumi-Bulan-Matahari Saat Pasang Purnama

(Spring Tide) .......................................................................... .. 25

Gambar 2.7. Persebaran Tipe Pasang Surut di Indonesia

(Teknik Pantai, 1999) .............................................................. 26

Gambar 2.8. Tipe Pasang Surut (Teknik Pantai, 1999) ................................. 27

Gambar 2.9. Pola bolak balik arus pasang surut ............................................ 38

Gambar 2.10. Penampang Pipa ...................................................................... 44

Gambar 2.11. Proses Percampuran Air Tawar dan Air Asin ........................... 47

Gambar 2.12. Penyebaran Gaussian untuk Parameter Badan Air .…………… 50

Gambar 2.13. Variasi Penyebaran Parameter Suhu Estuari ........................... 51

Gambar 2.14. Variasi PenyebaranSalinitas Estuari ......................................... 53

Gambar 2.15. Grafik Kecepatan Kritis Terhadap Diameter Butir Sedimen ..... 62

Gambar 2.16. Keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada partikel sedimen . 63

Gambar 3.1. Peta Kotamadya Medan ........................................................... 68

Gambar 3.2. Peta Kecamatan Medan Belawan ............................................. 70

Gambar 3.3. Fasilitas Muara Sungai Belawan .............................................. 76

Gambar 3.4. Bathimetri Muara Sungai Belawan ........................................... 79

Gambar 3.5. Sket Lokasi Pengamatan Pasut (sumber: Pelindo I) .................. 80

Gambar 3.6. Grafik pengamatan pasut selama 15 hari di Muara Sungai

Belawan .................................................................................. 82

Gambar 3.7. Sket Penentuan Titik Lokasi .................................................... 86


Gambar 3.8. Pengayakan Saringan ............................................................... 96

Gambar 3.9. Sebaran Kelerengan Lahan DAS Belawan ............................... 99

Gambar 3.10. Profil Memanjang As Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan berdasarkan

Pre Dredge Sounding Tahun 1993 -1996, dan final Sounding Tahun

1993 – 1996 (dalam meter, sumbu y adalah kedalaman dari LWS, sumbu

x adalah alur dari station 0.. ..................................................... 103

Gambar 4.1. Sket Model Fisik Muara Sungai Belawan ................................ 105

Gambar 4.2. Persiapan Sampel Sedimen ...................................................... 122

Gambar 4.4 Kondisi batimetri estuari Belawan dengan MS. Office Excel…….. 131

Gambar 4.5 Hasil perhitungan pasut dengan MS. Office Excel ........................ 134

Gambar 4.6 Hasil Pemodelan fisik estuari dengan Ms – Office Excel pada Titik

Lokasi I …………………………………………………………. 135

Gambar 4.7 Grafik Arus Pasut Lokasi Titik I ………………………………….. 138

Gambar 4.8 Grafik Kedalaman Estuari Akibat Pasut Lokasi Titik I……………139


Lokasi J……………………………………………………………. 140


Lokasi H………………………………………………………….. 140


Lokasi G………………………………………………………….. 141


Lokasi F………………………………………………………….. 141


Lokasi E………………………………………………………….. 142


Lokasi D………………………………………………………….. 142


Lokasi C………………………………………………………….. 143


Lokasi B………………………………………………………….. 143


Lokasi A………………………………………………………….. 144


Gambar 4.18 Grafik Perbandingan Kedalaman Lapangan dan Kedalaman

Pemodelan Muara Sungai Belawan………………………………... 148

Gambar 4.19 Grafik Perbandingan Lebar Lapangan dan Lebar Pemodelan Muara

Sungai Belawan……………………………………………………... 149

Gambar 4.20 Grafik Perbandingan Lebar Lapangan dan Lebar Pemodelan Muara

Sungai Belawan……………………………………………………... 150

Gambar 4.21 Kondisi batimetri estuari Belawan dengan MS. Office Excel

menggunakan persamaan Wright dkk……………………………… 151


Lokasi I ………………………………………………………………152

Gambar 4.23 Grafik perbandingan arus dari data lapangan dengan data penampang

menurut Wright dkk ………………………………………………… 152

Gambar 4.24 Grafik perbandingan arus dari data lapangan dengan data Penampang

` menurut Wright dkk ……………………………………………….. 153


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Koefisien estuari, prandle (1986) ................................................. 18

Tabel 2.2. Pengelompokan Tipe Pasut ......................................................... 28

Tabel 2.3. Komponen Pasang Surut ............................................................. 29

Tabel 2.4. Skala Wenworth dari klasifikasi ukuran sedimen ........................ 57

Tabel 2.5. Koefisien hambatan (Drag coefficients) berdasarkan partikel dasar

saluran saluran muara (Dyer, 1986) ............................................. 61

Tabel 3.1. Daftar luas kecamatan Kotamadya Medan ................................... 71

Tabel 3.2. Jumlah penduduk Kotamadya Medan .......................................... 72

Tabel 3.3. Banyak Hari Hujan dan Curah Hujan .......................................... 78

Tabel 3.4. Hasil Pengamatan Pasang Surut selama 15 hari ........................... 81

Tabel 3.5. Komponen Pasang Surut Hasil Pengamatan ............................... 83

Tabel 3.6. Penentuan Titik Sampel Selama Dua Hari ................................... 86

Tabel 3.7. Pengukuran Kedalaman Estuari ................................................... 87

Tabel 3.8. Hasil Pengukuran Lebar Muara .................................................. 88

Tabel 3.9. Pengukuran Salinitas Estuari Belawan ......................................... 88

Tabel 3.10. Pengukuran Suhu Estuari ............................................................ 89

Tabel 3.11. Titik Pengambilan Sampel Air .................................................... 90

Tabel 3.12. Hasil Pengukuran Total suspended Solid (TSS) ........................... 93

Tabel 3.13. Anak-Anak Sungai DAS Belawan ............................................... 97

Tabel 3.14. Volume Pengerukan Alur Pelayaran dan Kolam Pelabuhan Priode

Tahun 1979 – 1990 ...................................................................... 100

Tabel 3.15. Volume pengerukan alur dan kolam pelabuhan periode tahun

1997-2002 ................................................................................... 101

Tabel 4.1. Koordinat Titik Sampel ............................................................... 106

Tabel 4.2. Kedalaman, Lebar dan Luas Penampang Muara Sungai .............. 107

Tabel 4.3. Perhitungan pasang surut selama 24 jam ...................................... 113

Tabel 4.4. Analisa Saringan pada Mulut Estuari ........................................... 123

Tabel 4.5. Analisa Hidrometer sedimen ....................................................... 123

Tabel 4.6. Kecepatan Kritis (u100cr) dan Kecepatan Jatuh Sedimen (ws) ........ .. 127

Tabel 4.7 Kode pemerograman pemodelan pasut (spring – neap) estuari dengan


bantuan MS Office Excel …………………………………………… 135

Tabel 4.8 Kode pemerograman pemodelan fisik estuari dengan bantuan MS Office

Excel untuk model utama……………………………………………. 136

Tabel 4.9 Perubahan kedalaman estuari tiap jam akibat pasut selama 12 jam…... 137

Tabel 4.10 Perubahan kedalaman estuari dan arus pasut selama 24 jam ……… 138

Tabel 4.11 Penyebaran Parameter Badan Air Estuari………………………… 139

Tabel 4.12 Kode pemerograman Matlab untuk koefisien lebar estuari (a)…….. 146

Tabel 4.13 Kode pemerograman Matlab untuk koefisien kedalaman estuari (b).. 146

Tabel 4.14 Pebandingan antara kedalaman pemodelan dan kedalaman lapangan

estuari Belawan ……………………………………………………….. 147

Tabel 4.15 Pebandingan antara lebar pemodelan dan lebar lapangan estuari

Belawan………………………………………………………………. 148

Tabel 4.16 Pebandingan antara luas penampang pemodelan dan luas penampang

lapangan estuari Belawan……………………………………………. 150

Tabel 4.17 Perbandingan arus pasut dari data lapangan dengan data Wright dkk.. 152

Tabel 4.18 Perbandingan TSS dari data lapangan dengan data Wright dkk ……... 153


DAFTAR NOTASI

- me : massa bumi

- mi : massa bulan (Mm) atau massa matahari (Ms)

- r : jarak pusat Bumi – pusat Bulan (km)

- ω : kecepatan sudut bumi bulan mengelilingi sumbu bersama (rad/detik)

- Φ : sudut yang terbentuk oleh bumi terhadap bulan

- F : bilangan Formzal

- AK1 : amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan

oleh gaya tarik bulan dan matahari

- AO1 : amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan

oleh gaya tarik bulan

- AM2 : amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh

gaya tarik bulan

- hS2(t) : Kenaikan muka air akibat gaya tarik matahari terhadap bumi (m)

- hM2(t) : Kenaikan muka air akibat gaya tarik bulan terhadap bumi (m)

- h(t) : Kenaikan muka air total akibat pasut terhadap waktu (m)

- DT : Tinggi muka air rata – rata pasut

- h : Kedalaman aliran air (m)

- g : Percepatan gravitasi (m/s2)

- T : Priode pasut lunar quarter-diurnal (6.21 jam).

- hM4(t) : Kedalaman air pada waktu t (m)

- AM4 : Amplitudo seperampat pasut diurnal pengaruh Bulan (lunar quarter-

diurnal)

- uf : kecepatan air sungai (m/s)

- Ne : Bilangan estuari

- U(x,t) : Total kecepatan arus pasut terhadap waktu dan jarak (m/det)

- Δht : rentang kedalaman yang terjadi tiap jam akibat pasut (m)

- σx : standard deviasi dari suatu variasi parameter

- sω : kecepatan jatuh sedimen (m/s)


- M : koefisien erosi (kg/m2s)

- Sp : parameter suspensi tergantung pada bentuk tipe estuari

- um : kecepatan arus pasut rata-rata maximum (m/s)

- ucr : kecepatan kritis batas ambang (m/s)

- CB : latar belakang konsentrasi (mg/l)


STUDI KARAKTERISTIK MUARA SUNGAI BELAWAN · PDF filesehingga tugas akhir ini dapat selesai...

Documents

Transcript of STUDI KARAKTERISTIK MUARA SUNGAI BELAWAN · PDF filesehingga tugas akhir ini dapat selesai...